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Cancer cachexia, of which the most notable symptom is severe and rapid weight loss, is present in the majority of patients with advanced cancer. Inflammatory mediators play an important role in the development of cachexia, envisaged as a chronic inflammatory syndrome. The white adipose tissue (WAT) is one of the first compartments affected in cancer cachexia and suffers a high rate of lipolysis. It secretes several cytokines capable of directly regulating intermediate metabolism. A common pathway in the regulation of the expression of pro-inflammatory cytokines in WAT is the activation of the nuclear transcription factor kappa-B (NF-B). We have examined the gene expression of the subunits NF-Bp65 and NF-Bp50, as well as NF-Bp65 and NF-Bp50 binding, the gene expression of pro-inflammatory mediators under NF-B control (IL-1, IL-6, INF-, TNF-, MCP-1), and its inhibitory protein, nuclear factor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells inhibitor, alpha (IB-). The observational study involved 35 patients (control group, n = 12 and cancer group, n = 23, further divided into cachectic and non-cachectic). NF-Bp65 and its target genes expression (TNF-, IL-1, MCP-1 and IB-) were significantly higher in cachectic cancer patients. Moreover, NF-Bp65 gene expression correlated positively with the expression of its target genes. The results strongly suggest that the NF-B pathway plays a role in the promotion of WAT inflammation during cachexia.
Cancer cachexia, of which the most notable symptom is severe and rapid weight loss, is present in the majority of patients with advanced cancer. Inflammatory mediators play an important role in the development of cachexia, envisaged as a chronic inflammatory syndrome. The white adipose tissue (WAT) is one of the first compartments affected in cancer cachexia and suffers a high rate of lipolysis. It secretes several cytokines capable of directly regulating intermediate metabolism. A common pathway in the regulation of the expression of pro-inflammatory cytokines in WAT is the activation of the nuclear transcription factor kappa-B (NF-κB). We have examined the gene expression of the subunits NF-κBp65 and NF-κBp50, as well as NF-κBp65 and NF-κBp50 binding, the gene expression of pro-inflammatory mediators under NF-κB control (IL-1β, IL-6, INF-γ, TNF-α, MCP-1), and its inhibitory protein, nuclear factor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells inhibitor, alpha (IκB-α). The observational study involved 35 patients (control group, n = 12 and cancer group, n = 23, further divided into cachectic and non-cachectic). NF-κBp65 and its target genes expression (TNF-α, IL-1β, MCP-1 and IκB-α) were significantly higher in cachectic cancer patients. Moreover, NF-κBp65 gene expression correlated positively with the expression of its target genes. The results strongly suggest that the NF-κB pathway plays a role in the promotion of WAT inflammation during cachexia.
Background: Sub-Saharan Africa is facing a double burden of malnutrition: vitamin A deficiency (VAD) prevails, whereas the nutrition-related chronic conditions type 2 diabetes (T2D) and hypertension are emerging. Serum retinol a VAD marker increases in kidney disease and decreases in inflammation, which can partly be attributed to alterations in the vitamin A transport proteins retinol-binding protein 4 (RBP4) and prealbumin. Kidney dysfunction and inflammation commonly accompany T2D and hypertension.
Objective: Among urban Ghanaians, we investigated the associations of T2D and hypertension with serum retinol as well as the importance of kidney function and inflammation in this regard.
Design: A hospital-based, case-control study in individuals for risk factors of T2D, hypertension, or both was conducted in Kumasi, Ghana (328 controls, 197 with T2D, 354 with hypertension, and 340 with T2D plus hypertension). In 1219 blood samples, serum retinol, RBP4, and prealbumin were measured. Urinary albumin and estimated glomerular filtration rate (eGFR) defined kidney function. C-reactive protein (CRP) >5 mg/L indicated inflammation. We identified associations of T2D and hypertension with retinol by linear regression and calculated the contribution of RBP4, prealbumin, urinary albumin, eGFR, and CRP to these associations as the percentages of the explained variance of retinol.
Results: VAD (retinol <1.05 mu mol/L) was present in 10% of this predominantly female, middle-aged, overweight, and deprived population. Hypertension, but not T2D, was positively associated with retinol (beta: 0.12; 95% CI: 0.08, 0,17), adjusted for age, sex, socioeconomic factors, anthropometric measurements, and lifestyle. In addition to RBP4 (72%) and prealbumin (22%), the effect of increased retinol on individuals with hypertension was mainly attributed to impaired kidney function (eGFR: 30%; urinary albumin: 5%) but not to inflammation.
Conclusions: In patients with hypertension, VAD might be underestimated because of increased serum retinol in the context of kidney dysfunction. Thus, the interpretation of serum retinol in sub-Saharan Africa should account for hypertension status.
Eccentric exercise is discussed as a treatment option for clinical populations, but specific responses in terms of muscle damage and systemic inflammation after repeated loading of large muscle groups have not been conclusively characterized. Therefore, this study tested the feasibility of an isokinetic protocol for repeated maximum eccentric loading of the trunk muscles. Nine asymptomatic participants (5 f/4 m; 34±6 yrs; 175±13 cm; 76±17 kg) performed three isokinetic 2-minute all-out trunk strength tests (1x concentric (CON), 2x eccentric (ECC1, ECC2), 2 weeks apart; flexion/extension, 60°/s, ROM 55°). Outcomes were peak torque, torque decline, total work, and indicators of muscle damage and inflammation (over 168 h). Statistics were done using the Friedman test (Dunn’s post-test). For ECC1 and ECC2, peak torque and total work were increased and torque decline reduced compared to CON. Repeated ECC bouts yielded unaltered torque and work outcomes. Muscle damage markers were highest after ECC1 (soreness 48 h, creatine kinase 72 h; p<0.05). Their overall responses (area under the curve) were abolished post-ECC2 compared to post-ECC1 (p<0.05). Interleukin-6 was higher post-ECC1 than CON, and attenuated post-ECC2 (p>0.05). Interleukin-10 and tumor necrosis factor-α were not detectable. All markers showed high inter-individual variability. The protocol was feasible to induce muscle damage indicators after exercising a large muscle group, but the pilot results indicated only weak systemic inflammatory responses in asymptomatic adults.
Eccentric exercise is discussed as a treatment option for clinical populations, but specific responses in terms of muscle damage and systemic inflammation after repeated loading of large muscle groups have not been conclusively characterized. Therefore, this study tested the feasibility of an isokinetic protocol for repeated maximum eccentric loading of the trunk muscles. Nine asymptomatic participants (5 f/4 m; 34±6 yrs; 175±13 cm; 76±17 kg) performed three isokinetic 2-minute all-out trunk strength tests (1x concentric (CON), 2x eccentric (ECC1, ECC2), 2 weeks apart; flexion/extension, 60°/s, ROM 55°). Outcomes were peak torque, torque decline, total work, and indicators of muscle damage and inflammation (over 168 h). Statistics were done using the Friedman test (Dunn’s post-test). For ECC1 and ECC2, peak torque and total work were increased and torque decline reduced compared to CON. Repeated ECC bouts yielded unaltered torque and work outcomes. Muscle damage markers were highest after ECC1 (soreness 48 h, creatine kinase 72 h; p<0.05). Their overall responses (area under the curve) were abolished post-ECC2 compared to post-ECC1 (p<0.05). Interleukin-6 was higher post-ECC1 than CON, and attenuated post-ECC2 (p>0.05). Interleukin-10 and tumor necrosis factor-α were not detectable. All markers showed high inter-individual variability. The protocol was feasible to induce muscle damage indicators after exercising a large muscle group, but the pilot results indicated only weak systemic inflammatory responses in asymptomatic adults.
The ever-increasing fat content in Western diet, combined with decreased levels of physical activity, greatly enhance the incidence of metabolic-related diseases. Cancer cachexia (CC) and Metabolic syndrome (MetS) are both multifactorial highly complex metabolism related syndromes, whose etiology is not fully understood, as the mechanisms underlying their development are not completely unveiled. Nevertheless, despite being considered “opposite sides”, MetS and CC share several common issues such as insulin resistance and low-grade inflammation. In these scenarios, tissue macrophages act as key players, due to their capacity to produce and release inflammatory mediators. One of the main features of MetS is hyperinsulinemia, which is generally associated with an attempt of the β-cell to compensate for diminished insulin sensitivity (insulin resistance). There is growing evidence that hyperinsulinemia per se may contribute to the development of insulin resistance, through the establishment of low grade inflammation in insulin responsive tissues, especially in the liver (as insulin is secreted by the pancreas into the portal circulation). The hypothesis of the present study was that insulin may itself provoke an inflammatory response culminating in diminished hepatic insulin sensitivity. To address this premise, firstly, human cell line U937 differentiated macrophages were exposed to insulin, LPS and PGE2. In these cells, insulin significantly augmented the gene expression of the pro-inflammatory mediators IL-1β, IL-8, CCL2, Oncostatin M (OSM) and microsomal prostaglandin E2 synthase (mPGES1), and of the anti-inflammatory mediator IL-10. Moreover, the synergism between insulin and LPS enhanced the induction provoked by LPS in IL-1β, IL-8, IL-6, CCL2 and TNF-α gene. When combined with PGE2, insulin enhanced the induction provoked by PGE2 in IL-1β, mPGES1 and COX2, and attenuated the inhibition induced by PGE2 in CCL2 and TNF-α gene expression contributing to an enhanced inflammatory response by both mechanisms. Supernatants of insulin-treated U937 macrophages reduced the insulin-dependent induction of glucokinase in hepatocytes by 50%. Cytokines contained in the supernatant of insulin-treated U937 macrophages also activated hepatocytes ERK1/2, resulting in inhibitory serine phosphorylation of the insulin receptor substrate. Additionally, the transcription factor STAT3 was activated by phosphorylation resulting in the induction of SOCS3, which is capable of interrupting the insulin receptor signal chain. MicroRNAs, non-coding RNAs linked to protein expression regulation, nowadays recognized as active players in the generation of several inflammatory disorders such as cancer and type II diabetes are also of interest. Considering that in cancer cachexia, patients are highly affected by insulin resistance and inflammation, control, non-cachectic and cachectic cancer patients were selected and the respective circulating levels of pro-inflammatory mediators and microRNA-21-5p, a posttranscriptional regulator of STAT3 expression, assessed and correlated. Cachectic patients circulating cytokines IL-6 and IL-8 levels were significantly higher than those of non-cachectic and controls, and the expression of microRNA-21-5p was significantly lower. Additionally, microRNA-21-5p reduced expression correlated negatively with IL-6 plasma levels. These results indicate that hyperinsulinemia per se might contribute to the low grade inflammation prevailing in MetS patients and thereby promote the development
of insulin resistance particularly in the liver. Diminished MicroRNA-21-5p expression may enhance inflammation and STAT3 expression in cachectic patients, contributing to the development of insulin resistance.
Experimental studies have reported on the anti-inflammatory properties of polyphenols. However, results from epidemiological investigations have been inconsistent and especially studies using biomarkers for assessment of polyphenol intake have been scant. We aimed to characterise the association between plasma concentrations of thirty-five polyphenol compounds and low-grade systemic inflammation state as measured by high-sensitivity C-reactive protein (hsCRP). A cross-sectional data analysis was performed based on 315 participants in the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition cohort with available measurements of plasma polyphenols and hsCRP. In logistic regression analysis, the OR and 95 % CI of elevated serum hsCRP (>3 mg/l) were calculated within quartiles and per standard deviation higher level of plasma polyphenol concentrations. In a multivariable-adjusted model, the sum of plasma concentrations of all polyphenols measured (per standard deviation) was associated with 29 (95 % CI 50, 1) % lower odds of elevated hsCRP. In the class of flavonoids, daidzein was inversely associated with elevated hsCRP (OR 0 center dot 66, 95 % CI 0 center dot 46, 0 center dot 96). Among phenolic acids, statistically significant associations were observed for 3,5-dihydroxyphenylpropionic acid (OR 0 center dot 58, 95 % CI 0 center dot 39, 0 center dot 86), 3,4-dihydroxyphenylpropionic acid (OR 0 center dot 63, 95 % CI 0 center dot 46, 0 center dot 87), ferulic acid (OR 0 center dot 65, 95 % CI 0 center dot 44, 0 center dot 96) and caffeic acid (OR 0 center dot 69, 95 % CI 0 center dot 51, 0 center dot 93). The odds of elevated hsCRP were significantly reduced for hydroxytyrosol (OR 0 center dot 67, 95 % CI 0 center dot 48, 0 center dot 93). The present study showed that polyphenol biomarkers are associated with lower odds of elevated hsCRP. Whether diet rich in bioactive polyphenol compounds could be an effective strategy to prevent or modulate deleterious health effects of inflammation should be addressed by further well-powered longitudinal studies.
Experimental studies have reported on the anti-inflammatory properties of polyphenols. However, results from epidemiological investigations have been inconsistent and especially studies using biomarkers for assessment of polyphenol intake have been scant. We aimed to characterise the association between plasma concentrations of thirty-five polyphenol compounds and low-grade systemic inflammation state as measured by high-sensitivity C-reactive protein (hsCRP). A cross-sectional data analysis was performed based on 315 participants in the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition cohort with available measurements of plasma polyphenols and hsCRP. In logistic regression analysis, the OR and 95 % CI of elevated serum hsCRP (>3 mg/l) were calculated within quartiles and per standard deviation higher level of plasma polyphenol concentrations. In a multivariable-adjusted model, the sum of plasma concentrations of all polyphenols measured (per standard deviation) was associated with 29 (95 % CI 50, 1) % lower odds of elevated hsCRP. In the class of flavonoids, daidzein was inversely associated with elevated hsCRP (OR 0 center dot 66, 95 % CI 0 center dot 46, 0 center dot 96). Among phenolic acids, statistically significant associations were observed for 3,5-dihydroxyphenylpropionic acid (OR 0 center dot 58, 95 % CI 0 center dot 39, 0 center dot 86), 3,4-dihydroxyphenylpropionic acid (OR 0 center dot 63, 95 % CI 0 center dot 46, 0 center dot 87), ferulic acid (OR 0 center dot 65, 95 % CI 0 center dot 44, 0 center dot 96) and caffeic acid (OR 0 center dot 69, 95 % CI 0 center dot 51, 0 center dot 93). The odds of elevated hsCRP were significantly reduced for hydroxytyrosol (OR 0 center dot 67, 95 % CI 0 center dot 48, 0 center dot 93). The present study showed that polyphenol biomarkers are associated with lower odds of elevated hsCRP. Whether diet rich in bioactive polyphenol compounds could be an effective strategy to prevent or modulate deleterious health effects of inflammation should be addressed by further well-powered longitudinal studies.
Accumulating data indicates a link between a pro-inflammatory status and occurrence of chronic disease-related fatigue. The questions are whether the observed inflammatory profile can be (a) improved by anti-inflammatory diets, and (b) if this improvement can in turn be translated into a significant fatigue reduction. The aim of this narrative review was to investigate the effect of anti-inflammatory nutrients, foods, and diets on inflammatory markers and fatigue in various patient populations. Next to observational and epidemiological studies, a total of 21 human trials have been evaluated in this work. Current available research is indicative, rather than evident, regarding the effectiveness of individuals’ use of single nutrients with anti-inflammatory and fatigue-reducing effects. In contrast, clinical studies demonstrate that a balanced diet with whole grains high in fibers, polyphenol-rich vegetables, and omega-3 fatty acid-rich foods might be able to improve disease-related fatigue symptoms. Nonetheless, further research is needed to clarify conflicting results in the literature and substantiate the promising results from human trials on fatigue.
Accumulating data indicates a link between a pro-inflammatory status and occurrence of chronic disease-related fatigue. The questions are whether the observed inflammatory profile can be (a) improved by anti-inflammatory diets, and (b) if this improvement can in turn be translated into a significant fatigue reduction. The aim of this narrative review was to investigate the effect of anti-inflammatory nutrients, foods, and diets on inflammatory markers and fatigue in various patient populations. Next to observational and epidemiological studies, a total of 21 human trials have been evaluated in this work. Current available research is indicative, rather than evident, regarding the effectiveness of individuals’ use of single nutrients with anti-inflammatory and fatigue-reducing effects. In contrast, clinical studies demonstrate that a balanced diet with whole grains high in fibers, polyphenol-rich vegetables, and omega-3 fatty acid-rich foods might be able to improve disease-related fatigue symptoms. Nonetheless, further research is needed to clarify conflicting results in the literature and substantiate the promising results from human trials on fatigue.
While the impact of dietary cholesterol on the progression of atherosclerosis has probably been overestimated, increasing evidence suggests that dietary cholesterol might favor the transition from blunt steatosis to non-alcoholic steatohepatitis (NASH), especially in combination with high fat diets. It is poorly understood how cholesterol alone or in combination with other dietary lipid components contributes to the development of lipotoxicity. The current study demonstrated that liver damage caused by dietary cholesterol in mice was strongly enhanced by a high fat diet containing soybean oil-derived ω6-poly-unsaturated fatty acids (ω6-PUFA), but not by a lard-based high fat diet containing mainly saturated fatty acids. In contrast to the lard-based diet the soybean oil-based diet augmented cholesterol accumulation in hepatocytes, presumably by impairing cholesterol-eliminating pathways. The soybean oil-based diet enhanced cholesterol-induced mitochondrial damage and amplified the ensuing oxidative stress, probably by peroxidation of poly-unsaturated fatty acids. This resulted in hepatocyte death, recruitment of inflammatory cells, and fibrosis, and caused a transition from steatosis to NASH, doubling the NASH activity score. Thus, the recommendation to reduce cholesterol intake, in particular in diets rich in ω6-PUFA, although not necessary to reduce the risk of atherosclerosis, might be sensible for patients suffering from non-alcoholic fatty liver disease.
While the impact of dietary cholesterol on the progression of atherosclerosis has probably been overestimated, increasing evidence suggests that dietary cholesterol might favor the transition from blunt steatosis to non-alcoholic steatohepatitis (NASH), especially in combination with high fat diets. It is poorly understood how cholesterol alone or in combination with other dietary lipid components contributes to the development of lipotoxicity. The current study demonstrated that liver damage caused by dietary cholesterol in mice was strongly enhanced by a high fat diet containing soybean oil-derived ω6-poly-unsaturated fatty acids (ω6-PUFA), but not by a lard-based high fat diet containing mainly saturated fatty acids. In contrast to the lard-based diet the soybean oil-based diet augmented cholesterol accumulation in hepatocytes, presumably by impairing cholesterol-eliminating pathways. The soybean oil-based diet enhanced cholesterol-induced mitochondrial damage and amplified the ensuing oxidative stress, probably by peroxidation of poly-unsaturated fatty acids. This resulted in hepatocyte death, recruitment of inflammatory cells, and fibrosis, and caused a transition from steatosis to NASH, doubling the NASH activity score. Thus, the recommendation to reduce cholesterol intake, in particular in diets rich in ω6-PUFA, although not necessary to reduce the risk of atherosclerosis, might be sensible for patients suffering from non-alcoholic fatty liver disease.
Macrophages in pathologically expanded dysfunctional white adipose tissue are exposed to a mix of potential modulators of inflammatory response, including fatty acids released from insulin-resistant adipocytes, increased levels of insulin produced to compensate insulin resistance, and prostaglandin E-2 (PGE(2)) released from activated macrophages. The current study addressed the question of how palmitate might interact with insulin or PGE(2) to induce the formation of the chemotactic pro-inflammatory cytokine interleukin-8 (IL-8). Human THP-1 cells were differentiated into macrophages. In these macrophages, palmitate induced IL-8 formation. Insulin enhanced the induction of IL-8 formation by palmitate as well as the palmitate-dependent stimulation of PGE(2) synthesis. PGE(2) in turn elicited IL-8 formation on its own and enhanced the induction of IL-8 release by palmitate, most likely by activating the EP4 receptor. Since IL-8 causes insulin resistance and fosters inflammation, the increase in palmitate-induced IL-8 formation that is caused by hyperinsulinemia and locally produced PGE(2) in chronically inflamed adipose tissue might favor disease progression in a vicious feed-forward cycle.
Weltweit sind fast 40 % der Bevölkerung übergewichtig und die Prävalenz von Adipositas, Insulinresistenz und den resultierenden Folgeerkrankungen wie dem Metabolischen Syndrom und Typ-2-Diabetes steigt rapide an. Als häufigste Ursachen werden diätetisches Fehlverhalten und mangelnde Bewegung angesehen. Die nicht-alkoholische Fettlebererkrankung (NAFLD), deren Hauptcharakteristikum die exzessive Akkumulation von Lipiden in der Leber ist, korreliert mit dem Body Mass Index (BMI). NAFLD wird als hepatische Manifestation des Metabolischen Syndroms angesehen und ist inzwischen die häufigste Ursache für Leberfunktionsstörungen. Die Erkrankung umfasst sowohl die benigne hepatische Steatose (Fettleber) als auch die progressive Form der nicht-alkoholischen Steatohepatitis (NASH), bei der die Steatose von Entzündung und Fibrose begleitet ist. Die Ausbildung einer NASH erhöht das Risiko, ein hepatozelluläres Karzinom (HCC) zu entwickeln und kann zu irreversibler Leberzirrhose und terminalem Organversagen führen. Nahrungsbestandteile wie Cholesterol und Fett-reiche Diäten werden als mögliche Faktoren diskutiert, die den Übergang einer einfachen Fettleber zur schweren Verlaufsform der Steatohepatitis / NASH begünstigen. Eine Ausdehnung des Fettgewebes wird von Insulinresistenz und einer niedrig-gradigen chronischen Entzündung des Fettgewebes begleitet. Neben Endotoxinen aus dem Darm gelangen Entzündungsmediatoren aus dem Fettgewebe zur Leber. Als Folge werden residente Makrophagen der Leber, die Kupfferzellen, aktiviert, die eine Entzündungsantwort initiieren und weitere pro-inflammatorische Mediatoren freisetzen, zu denen Chemokine, Cytokine und Prostanoide wie Prostaglandin E2 (PGE2) gehören. In dieser Arbeit soll aufgeklärt werden, welchen Beitrag PGE2 an der Ausbildung von Insulinresistenz, hepatischer Steatose und Entzündung im Rahmen von Diät-induzierter NASH im komplexen Zusammenspiel mit der Regulation der Cytokin-Produktion und anderen Co-Faktoren wie Hyperinsulinämie und Hyperlipidämie hat. In murinen und humanen Makrophagen-Populationen wurde untersucht, welche Faktoren die Bildung von PGE2 fördern und wie PGE2 die Entzündungsantwort aktivierter Makrophagen reguliert. In primären Hepatozyten der Ratte sowie in isolierten humanen Hepatozyten und Zelllinien wurde der Einfluss von PGE2 allein und in Kombination mit Cytokinen, deren Bildung durch PGE2 beeinflusst werden kann, auf die Insulin-abhängige Regulation des Glucose- und Lipid-stoffwechsels untersucht. Um den Einfluss von PGE2 im komplexen Zusammenspiel der Zelltypen in der Leber und im Gesamtorganismus zu erfassen, wurden Mäuse, in denen die PGE2-Synthese durch die Deletion der mikrosomalen PGE-Synthase 1 (mPGES1) vermindert war, mit einer NASH-induzierenden Diät gefüttert. In Lebern von Patienten mit NASH oder in Mäusen mit Diät-induzierter NASH war die Expression der PGE2-synthetisierenden Enzyme Cyclooxygenase 2 (COX2) und mPGES1 sowie die Bildung von PGE2 im Vergleich zu gesunden Kontrollen gesteigert und korrelierte mit dem Schweregrad der Lebererkrankung. In primären Makrophagen aus den Spezies Mensch, Maus und Ratte sowie in humanen Makrophagen-Zelllinien war die Bildung pro-inflammatorischer Mediatoren wie Chemokinen, Cytokinen und Prostaglandinen wie PGE2 verstärkt, wenn die Zellen mit Endotoxinen wie Lipopolysaccharid (LPS), Fettsäuren wie Palmitinsäure, Cholesterol und Cholesterol-Kristallen oder Insulin, das als Folge der kompensatorischen Hyperinsulinämie bei Insulinresistenz verstärkt freigesetzt wird, inkubiert wurden. Insulin steigerte dabei synergistisch mit LPS oder Palmitinsäure die Synthese von PGE2 sowie der anderen Entzündungsmediatoren wie Interleukin (IL) 8 und IL-1β. PGE2 reguliert die Entzündungsantwort: Neben der Induktion der eigenen Synthese-Enzyme verstärkte PGE2 die Expression der Immunzell-rekrutierenden Chemokine IL-8 und (C-C-Motiv)-Ligand 2 (CCL2) sowie die der pro-inflammatorischen Cytokine IL-1β und IL-6 in Makrophagen und kann so zur Verstärkung der Entzündungsreaktion beitragen. Außerdem förderte PGE2 die Bildung von Oncostatin M (OSM) und OSM induzierte in einer positiven Rückkopplungsschleife die Expression der PGE2-synthetisierenden Enzyme. Andererseits hemmte PGE2 die basale und LPS-vermittelte Bildung des potenten pro-inflammatorischen Cytokins Tumornekrosefaktor α (TNFα) und kann so die Entzündungsreaktion abschwächen. In primären Hepatozyten der Ratte und humanen Hepatozyten beeinträchtigte PGE2 direkt die Insulin-abhängige Aktivierung der Insulinrezeptor-Signalkette zur Steigerung der Glucose-Verwertung, in dem es durch Signalketten, die den verschiedenen PGE2-Rezeptoren nachgeschaltet sind, Kinasen wie ERK1/2 und IKKβ aktivierte und eine inhibierende Serin-Phosphorylierung der Insulinrezeptorsubstrate bewirkte. PGE2 verstärkte außerdem die IL-6- oder OSM-vermittelte Insulinresistenz und Steatose in primären Hepatozyten der Ratte. Die Wirkung von PGE2 im Gesamtorganismus sollte in Mäusen mit Diät-induzierter NASH untersucht werden. Die Fütterung einer Hochfett-Diät mit Schmalz als Fettquelle, das vor allem gesättigte Fettsäuren enthält, verursachte Fettleibigkeit, Insulinresistenz und eine hepatische Steatose in Wildtyp-Mäusen. In Tieren, die eine Hochfett-Diät mit Sojaöl als Fettquelle, das vor allem (ω-6)-mehrfach-ungesättigte Fettsäuren (PUFAs) enthält, oder eine Niedrigfett-Diät mit Cholesterol erhielten, war lediglich eine hepatische Steatose nachweisbar, jedoch keine verstärkte Gewichtszunahme im Vergleich zu Geschwistertieren, die eine Standard-Diät bekamen. Im Gegensatz dazu verursachte die Fütterung einer Hochfett-Diät mit PUFA-reichem Sojaöl als Fettquelle in Kombination mit Cholesterol sowohl Fettleibigkeit und Insulinresistenz als auch hepatische Steatose mit Hepatozyten-Hypertrophie, lobulärer Entzündung und beginnender Fibrose in Wildtyp-Mäusen. Diese Tiere spiegelten alle klinischen und histologischen Parameter der humanen NASH im Metabolischen Syndrom wider. Nur die Kombination von hohen Mengen ungesättigter Fettsäuren aus Sojaöl und Cholesterol in der Nahrung führte zu einer exzessiven Akkumulation des Cholesterols und der Bildung von Cholesterol-Kristallen in den Hepatozyten, die zur Schädigung der Mitochondrien, schwerem oxidativem Stress und schließlich zum Absterben der Zellen führten. Als Konsequenz phagozytieren Kupfferzellen die Zelltrümmer der Cholesterol-überladenen Hepatozyten, werden dadurch aktiviert, setzen Chemokine, Cytokine und PGE2 frei, die die Entzündungsreaktion verstärken und die Infiltration von weiteren Immunzellen initiieren können und verursachen so eine Progression zur Steatohepatitis (NASH). Die Deletion der mikrosomalen PGE-Synthase 1 (mPGES1), dem induzierbaren Enzym der PGE2-Synthese aus Cyclooxygenase-abhängigen Vorstufen, reduzierte die Diät-abhängige Bildung von PGE2 in der Leber. Die Fütterung der NASH-induzierenden Diät verursachte in Wildtyp- und mPGES1-defizienten Mäusen eine ähnliche Fettleibigkeit und Zunahme der Fettmasse sowie die Ausbildung von hepatischer Steatose mit Entzündung und Fibrose (NASH) im histologischen Bild. In mPGES1-defizienten Mäusen waren jedoch Parameter für die Infiltration von Entzündungszellen und die Diät-abhängige Schädigung der Leber im Vergleich zu Wildtyp-Tieren erhöht, was sich auch in einer stärkeren Diät-induzierten systemischen Insulinresistenz widerspiegelte. Die Bildung des pro-inflammatorischen und pro-apoptotischen Cytokins TNFα war in mPGES1-defizienten Mäusen durch die Aufhebung der negativen Rückkopplungshemmung verstärkt, was einen gesteigerten Diät-induzierten Zelluntergang gestresster Lipid-überladener Hepatozyten und eine nach-geschaltete Entzündungsantwort zur Folge hatte. Zusammenfassend wurde unter den gewählten Versuchsbedingungen in vivo eine anti-inflammatorische Rolle von PGE2 verifiziert, da das Prostanoid vor allem indirekt durch die Hemmung der TNFα-vermittelten Entzündungsreaktion die Schädigung der Leber, die Verstärkung der Entzündung und die Ausbildung von Insulinresistenz im Rahmen der Diät-abhängigen Fettlebererkrankung abschwächte.
Macrophages in pathologically expanded dysfunctional white adipose tissue are exposed to a mix of potential modulators of inflammatory response, including fatty acids released from insulin-resistant adipocytes, increased levels of insulin produced to compensate insulin resistance, and prostaglandin E₂ (PGE₂) released from activated macrophages. The current study addressed the question of how palmitate might interact with insulin or PGE₂ to induce the formation of the chemotactic pro-inflammatory cytokine interleukin-8 (IL-8). Human THP-1 cells were differentiated into macrophages. In these macrophages, palmitate induced IL-8 formation. Insulin enhanced the induction of IL-8 formation by palmitate as well as the palmitate-dependent stimulation of PGE₂ synthesis. PGE₂ in turn elicited IL-8 formation on its own and enhanced the induction of IL-8 release by palmitate, most likely by activating the EP4 receptor. Since IL-8 causes insulin resistance and fosters inflammation, the increase in palmitate-induced IL-8 formation that is caused by hyperinsulinemia and locally produced PGE₂ in chronically inflamed adipose tissue might favor disease progression in a vicious feed-forward cycle.
Macrophages in pathologically expanded dysfunctional white adipose tissue are exposed to a mix of potential modulators of inflammatory response, including fatty acids released from insulin-resistant adipocytes, increased levels of insulin produced to compensate insulin resistance, and prostaglandin E₂ (PGE₂) released from activated macrophages. The current study addressed the question of how palmitate might interact with insulin or PGE₂ to induce the formation of the chemotactic pro-inflammatory cytokine interleukin-8 (IL-8). Human THP-1 cells were differentiated into macrophages. In these macrophages, palmitate induced IL-8 formation. Insulin enhanced the induction of IL-8 formation by palmitate as well as the palmitate-dependent stimulation of PGE₂ synthesis. PGE₂ in turn elicited IL-8 formation on its own and enhanced the induction of IL-8 release by palmitate, most likely by activating the EP4 receptor. Since IL-8 causes insulin resistance and fosters inflammation, the increase in palmitate-induced IL-8 formation that is caused by hyperinsulinemia and locally produced PGE₂ in chronically inflamed adipose tissue might favor disease progression in a vicious feed-forward cycle.
Plasma secretion of acid sphingomyelinase is a hallmark of cellular stress response resulting in the formation of membrane embedded ceramide-enriched lipid rafts and the reorganization of receptor complexes. Consistently, decompartmentalization of ceramide formation from inert sphingomyelin has been associated with signaling events and regulation of the cellular phenotype. Herein, we addressed the question of whether the secretion of acid sphingomyelinase is involved in host response during sepsis. We found an exaggerated clinical course in mice genetically deficient in acid sphingomyelinase characterized by an increased bacterial burden, an increased phagocytotic activity, and a more pronounced cytokine storm. Moreover, on a functional level, leukocyte-endothelial interaction was found diminished in sphingomyelinase-deficient animals corresponding to a distinct leukocytes' phenotype with respect to rolling and sticking as well as expression of cellular surface proteins.(jlr) We conclude that hydrolysis of membrane-embedded sphingomyelin, triggered by circulating sphingomyelinase, plays a pivotal role in the first line of defense against invading microorganisms. This function might be essential during the early phase of infection leading to an adaptive response of remote cells and tissues.-Jbeily, N., I. Suckert, F. A. Gonnert, B. Acht, C. L. Bockmeyer, S. D. Grossmann, M. F. Blaess, A. Lueth, H.-P. Deigner, M. Bauer, and R. A. Claus. Hyperresponsiveness of mice deficient in plasma-secreted sphingomyelinase reveals its pivotal role in early phase of host response. J. Lipid Res. 2013. 54: 410-424.
Insulinresistenz ist ein zentraler Bestandteil des metabolischen Syndroms und trägt maßgeblich zur Ausbildung eines Typ-2-Diabetes bei. Eine mögliche Ursache für die Entstehung von Insulinresistenz ist eine chronische unterschwellige Entzündung, welche ihren Ursprung im Fettgewebe übergewichtiger Personen hat. Eingewanderte Makrophagen produzieren vermehrt pro-inflammatorische Mediatoren, wie Zytokine und Prostaglandine, wodurch die Konzentrationen dieser Substanzen sowohl lokal als auch systemisch erhöht sind. Darüber hinaus weisen übergewichtige Personen einen gestörten Fettsäuremetabolismus und eine erhöhte Darmpermeabilität auf. Ein gesteigerter Flux an freien Fettsäuren vom Fettgewebe in andere Organe führt zu einer lokalen Konzentrationssteigerung in diesen Organen. Eine erhöhte Darmpermeabilität erleichtert das Eindringen von Pathogenen und anderer körperfremder Substanzen in den Körper.
Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, ob hohe Konzentrationen von Insulin, des bakteriellen Bestandteils Lipopolysaccharid (LPS) oder der freien Fettsäure Palmitat eine Entzündungsreaktion in Makrophagen auslösen oder verstärken können und ob diese Entzündungsantwort zur Ausbildung einer Insulinresistenz beitragen kann. Weiterhin sollte untersucht werden, ob Metabolite und Signalsubstanzen, deren Konzentrationen beim metabolischen Syndrom erhöht sind, die Produktion des Prostaglandins (PG) E2 begünstigen können und ob dieses wiederum die Entzündungsreaktion und seine eigene Produktion in Makrophagen regulieren kann. Um den Einfluss dieser Faktoren auf die Produktion pro-inflammatorischer Mediatoren in Makrophagen zu untersuchen, wurden Monozyten-artigen Zelllinien und primäre humane Monozyten, welche aus dem Blut gesunder Probanden isoliert wurden, in Makrophagen differenziert und mit Insulin, LPS, Palmitat und/ oder PGE2 inkubiert. Überdies wurden primäre Hepatozyten der Ratte isoliert und mit Überständen Insulin-stimulierter Makrophagen inkubiert, um zu untersuchen, ob die Entzündungsanwort in Makrophagen an der Ausbildung einer Insulinresistenz in Hepatozyten beteiligt ist.
Insulin induzierte die Expression pro-inflammatorischer Zytokine in Makrophagen-artigen Zelllinien wahrscheinlich vorrangig über den Phosphoinositid-3-Kinase (PI3K)-Akt-Signalweg mit anschließender Aktiverung des Transkriptionsfaktors NF-κB (nuclear factor 'kappa-light-chain-enhancer' of activated B-cells). Die dabei ausgeschütteten Zytokine hemmten in primären Hepatozyten der Ratte die Insulin-induzierte Expression der Glukokinase durch Überstände Insulin-stimulierter Makrophagen.
Auch LPS oder Palmitat, deren lokale Konzentrationen im Zuge des metabolischen Syndroms erhöht sind, waren in der Lage, die Expression pro-inflammatorischer Zytokine in Makrophagen-artigen Zelllinien zu stimulieren. Während LPS seine Wirkung, laut Literatur, unbestritten über eine Aktivierung des Toll-ähnlichen Rezeptors (toll-like receptor; TLR) 4 vermittelt, scheint Palmitat jedoch weitestgehend TLR4-unabhängig wirken zu können. Vielmehr schien die de novo-Ceramidsynthese eine entscheidene Rolle zu spielen. Darüber hinaus verstärkte Insulin sowohl die LPS- als auch die Palmitat-induzierte Ent-zündungsantwort in beiden Zelllinien. Die in Zelllinien gewonnenen Ergebnisse wurden größtenteils in primären humanen Makrophagen bestätigt.
Desweiteren induzierten sowohl Insulin als auch LPS oder Palmitat die Produktion von PGE2 in den untersuchten Makrophagen. Die Daten legen nahe, dass dies auf eine gesteigerte Expression PGE2-synthetisierender Enzyme zurückzuführen ist.
PGE2 wiederum hemmte auf der einen Seite die Stimulus-abhängige Expression des pro-inflammatorischen Zytokins Tumornekrosefaktor (TNF) α in U937-Makrophagen. Auf der anderen Seite verstärkte es jedoch die Expression der pro-inflammatorischen Zytokine Interleukin- (IL-) 1β und IL-8. Darüber hinaus verstärkte es die Expression von IL-6-Typ-Zytokinen, welche sowohl pro- als auch anti-inflammatorisch wirken können. Außerdem vestärkte PGE2 die Expression PGE2-synthetisierender Enzyme. Es scheint daher in der Lage zu sein, seine eigene Synthese zu verstärken.
Zusammenfassend kann die Freisetzung pro-inflammatorischer Mediatoren aus Makro-phagen im Zuge einer Hyperinsulinämie die Entstehung einer Insulinresistenz begünstigen. Insulin ist daher in der Lage, einen Teufelskreis der immer stärker werdenden Insulin-resistenz in Gang zu setzen.
Auch Metabolite und Signalsubstanzen, deren Konzentrationen beim metabolischen Syndrom erhöht sind (zum Beispiel LPS, freie Fettsäuren und PGE2), lösten Entzündungsantworten in Makrophagen aus. Das wechselseitige Zusammenspiel von Insulin und diesen Metaboliten und Signalsubstanzen löste eine stärkere Entzündungsantwort in Makrophagen aus als jeder der Einzelkomponenten. Die dadurch freigesetzten Zytokine könnten zur Manifestation einer Insulinresistenz und des metabolischen Syndroms beitragen.
Bei der Entdeckung der Glutathionperoxidase-2 (GPx2) wurde zunächst davon ausgegangen, dass die Funktion dieses Enzyms im Kryptengrund des Colons einzig in der Reduktion von H2O2 besteht. Im Laufe der weiteren Erforschung zeigte sich, dass GPx2 auch in verschiedenen Tumorgeweben vermehrt exprimiert wird. Dabei wird diskutiert, ob die Wirkung von GPx2 im Tumor eher als pro- oder als antikarzinogen einzustufen ist. Mehrere Experimente in vitro und in vivo zeigten antiinflammatorische Eigenschaften der GPx2. Aufgrund dieser Befunde wird derzeit über weitere Funktionen der GPx2 spekuliert. In dieser Arbeit wurde die physiologische Funktion von GPx2 näher erforscht, dazu wurden Wildtyp- und GPx2-Knockout-Mäuse in Hinblick auf Veränderungen der Enzymexpression und der Colonmorphologie untersucht. Es wurden drei verschiedene Selendiäten verfüttert: selenarmes, selenadäquates und selensupplementiertes Futter. Unter physiologischen Bedingungen ist am Kryptengrund des Colons, innerhalb der proliferierenden Zone, die Mitoserate am höchsten. Der Großteil der apoptotischen Zellen ist hingegen an der Kryptenspitze vorzufinden. Durch den Knockout von GPx2 kam es zu einer signifikanten Erhöhung der Apoptoserate am Kryptengrund. Dabei war der größte Effekt auf selenarmem Futter zu verzeichnen. Hierbei wurde sogar eine Veränderung der Colonmorphologie dokumentiert, da die Verschiebung der Proliferationszone in Richtung Kryptenspitze eine Verlängerung der Krypten nach sich zog. Im Wildtyp wurden keine Apoptosen im Kryptengrund detektiert. GPx1 wird unter physiologischen Bedingungen im Gegensatz zur GPx2 in der Kryptenspitze exprimiert und ist im Selenmangel nicht mehr detektierbar. Der Knockout von GPx2 erhöhte die GPx1-Expression im Kryptengrund auf allen drei Selendiäten. Diese Überexpression von GPx1 am Kryptengrund soll vermutlich den Verlust von GPx2 an dieser Stelle kompensieren. Da jedoch dort die massive Apoptoserate detektiert wurde, kann die GPx1 nicht die komplette Funktion von GPx2 kompensieren. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Funktion von GPx2 nicht nur in der Reduktion von H2O2 liegt. Vielmehr kann eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase von Zellen postuliert werden. Ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit war die Klärung der Frage, welchen Einfluss GPx2 auf die entzündungsassoziierte Colonkarzinogenese ausübt. In dem hierfür verwendeten AOM/DSS-Model wird der karzinogene Prozess durch Entzündung vorangetrieben. Es erfolgte sowohl im Wildtyp als auch im GPx2-Knockout zum einen die Bewertung des Entzündungsstatus des Colons und zum anderen wurde die Anzahl von ACF und Tumoren verglichen. Das Colon im GPx2-Knockout war wesentlich stärker entzündet als im Wildtyp. Diese Ergebnisse bestätigen die für die GPx2 postulierte antiinflammatorische Funktion. Normalerweise führt eine Erhöhung der Mitoseanzahl zur Regeneration des entzündeten Gewebes. Jedoch beeinflusst der Verlust von GPx2 vermutlich den Ablauf der Entzündung, indem beispielsweise die Regeneration des Gewebes durch die enorm hohe Apoptoserate am Kryptengrund verlangsamt wird. Des Weiteren hatten sich im GPx2-Knockout tendenziell mehr Tumore entwickelt. Somit korrelierte die Entzündung des Colons mit der Entwicklung von Tumoren. Der Verlust von GPx2 begünstigte vermutlich sowohl die Tumorinitiation als auch die Tumorprogression. Allerdings stimulierte die Expression von GPx2 ebenfalls das Tumorwachstum. Es kann geschlussfolgert werden, dass eine adäquate GPx2-Expression vor Entzündung schützt und somit das Risiko für Colonkrebs senkt. Ob GPx2 aber insgesamt pro- oder antikarzinogen wirkt, hängt vermutlich vom Stadium des Colonkarzinogenese ab.
Degenerative disc disease is associated with increased expression of pro-inflammatory cytokines in the intervertebral disc (IVD). However, it is not completely clear how inflammation arises in the IVD and which cellular compartments are involved in this process. Recently, the endoplasmic reticulum (ER) has emerged as a possible modulator of inflammation in age-related disorders. In addition, ER stress has been associated with the microenvironment of degenerated IVDs. Therefore, the aim of this study was to analyze the effects of ER stress on inflammatory responses in degenerated human IVDs and associated molecular mechanisms. Gene expression of ER stress marker GRP78 and pro-inflammatory cytokines IL-6, IL-8, IL-1 beta, and TNF-alpha was analyzed in human surgical IVD samples (n = 51, Pfirrmann grade 2-5). The expression of GRP78 positively correlated with the degeneration grade in lumbar IVDs and IL-6, but not with IL-1 beta and TNF-alpha. Another set of human surgical IVD samples (n = 25) was used to prepare primary cell cultures. ER stress inducer thapsigargin (Tg, 100 and 500 nM) activated gene and protein expression of IL-6 and induced phosphorylation of p38 MAPK. Both inhibition of p38 MAPK by SB203580 (10 mu M) and knockdown of ER stress effector CCAAT-enhancer-binding protein homologous protein (CHOP) reduced gene and protein expression of IL-6 in Tg-treated cells. Furthermore, the effects of an inflammatory microenvironment on ER stress were tested. TNF-alpha (5 and 10 ng/mL) did not activate ER stress, while IL-1 beta (5 and 10 ng/mL) activated gene and protein expression of GRP78, but did not influence [Ca2+](i) flux and expression of CHOP, indicating that pro-inflammatory cytokines alone may not induce ER stress in vivo. This study showed that IL-6 release in the IVD can be initiated following ER stress and that ER stress mediates IL-6 release through p38 MAPK and CHOP. Therapeutic targeting of ER stress response may reduce the consequences of the harsh microenvironment in degenerated IVD.